JPH08261129A - 内燃機関のプレイグニッション検出装置 - Google Patents

内燃機関のプレイグニッション検出装置

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JPH08261129A
JPH08261129A JP7060908A JP6090895A JPH08261129A JP H08261129 A JPH08261129 A JP H08261129A JP 7060908 A JP7060908 A JP 7060908A JP 6090895 A JP6090895 A JP 6090895A JP H08261129 A JPH08261129 A JP H08261129A
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ion current
time
preignition
ignition
detecting
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JP7060908A
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English (en)
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Koichi Nakada
浩一 中田
Kazuhisa Mogi
和久 茂木
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F02P2017/125—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P17/00—Testing of ignition installations, e.g. in combination with adjusting; Testing of ignition timing in compression-ignition engines
    • F02P17/12—Testing characteristics of the spark, ignition voltage or current
    • F02P2017/125—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits
    • F02P2017/128—Measuring ionisation of combustion gas, e.g. by using ignition circuits for knock detection
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

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  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プレイグニッションの発生の予測により、高
圧縮比を持つ機関や、全運転領域理論空燃比化された機
関でもプレイグニッションの発生を防止する。 【構成】 プレイグニッションを燃焼室内に発生するイ
オン電流で検出する装置であって、この装置では或る気
筒の点火プラグが点火した時間から、その気筒の混合気
が正常燃焼した場合におけるイオン電流がピークに達す
る時間までの時間を基準時間として記憶しておき、この
基準時間内においてイオン電流検出センサが検出したイ
オン電流値を設定値と比較し、イオン電流値が設定値以
上である場合、或いはイオン電流値が所定割合以上で増
加した場合に内燃機関にプレイグニッションが発生した
と判定する。また、イオン電流のピーク値を点火後の所
定時間内に検出した時、或いはイオン電流のピーク値の
点火時期側へ移動速度が速い場合にプレイグニッション
と判定するようにしても良い。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関のプレイグニッ
ション検出装置に関し、特に、プレイグニッションの発
生を予測し、プレイグニッションの発生を未然に防止し
て内燃機関の損傷を防ぐことができる内燃機関のプレイ
グニッション検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、火花点火式の内燃機関の運転中に
機関が過熱した場合、点火プラグの温度が上昇してその
絶縁碍子先端部が熱面となり、点火プラグの正規の点火
時期より早い時期に混合気が着火して燃焼する、いわゆ
るプレイグニッションが発生する。このプレイグニッシ
ョンの発生をそのままにしておくと、内燃機関の運転が
不調になるばかりか、機関の温度が更に上昇してピスト
ンが溶損したり焼き付いたりするほか、点火時期も更に
進み、機関が暴走して機関が損傷するという不具合も起
こる。
【０００３】このようなプレイグニッションを検出する
装置としては、点火プラグの両電極間に流れるイオン電
流によりプレイグニッションを検出するものが知られて
いる。これは、燃焼室内に発生した火炎内にはイオンが
多数あり、このイオンを２つの電極を用いてイオン電流
として取り出すことにより、燃焼室内の点火時期以前の
火炎の発生を知ることができ、プレイグニッションと判
定できるからである。そして、特開昭６３−６８７７４
号公報に記載のプレイグニッション検出装置には、点火
プラグに印加される点火電圧によって正規の点火時期を
検出すると共に、検出した点火時期により点火ノイズ除
去を行って、この点火時期以前にイオン電流が検出され
たか否かによってプレイグニッションを検出する装置が
開示されている。
【０００４】このようにしてプレイグニッションが検出
されると、従来は燃料の増量等を行ってプレイグニッシ
ョンを抑えるようにしていた。なお、この燃焼室内のイ
オン電流の増大はノッキング状態の判別としても使用す
ることができ、イオン電流の値が設定値以上か否かによ
ってノッキングの判別を行うことも知られている（例え
ば、特開昭５７−７９２６２号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
機関の燃費向上、有害排出ガスの低減のために機関の高
圧縮化を行うことや、運転領域の全域で理論空燃比で運
転することが提案されている。このような場合、プレイ
グニッションが発生してから機関が暴走に至るまでの時
間が短くなる。このため、特開昭６３−６８７７４号公
報に記載のプレイグニッション検出装置の方法でプレイ
グニッションをその発生直後に検出したのでは、プレイ
グニッションの暴走を抑えにくくなり、機関が更に高温
になって熱で機関が損傷するという問題がある。
【０００６】これを図１１を用いて説明する。従来は、
機関の高速高負荷時には機関損傷を防ぐために混合気を
濃くしている（図１１に実線で示す）。これを、有害排
気ガスを低減するために理論空燃比（λ＝１）にする
と、プレイグニッションが発生する点火時期前後での点
火プラグの温度（燃焼室内温度に同じ）の点火時期に対
する感度が厳しくなる（図１１に破線で示す）。これ
は、λ＝１の方がノック発生点火時期が遅角側にあり、
ノッキングが発生し易いためである。そして、λ＝１に
おけるノック発生点火時期から少し進角側の急速なプラ
グ温度の上昇はノッキングによるものである。このた
め、λ＝１では一度プレイグニッションが発生すると、
機関の温度暴走が発生し易いのである。
【０００７】なお、内燃機関を高圧縮比化した場合も、
図１１のλ＝１の特性と同じような特性となる。そこ
で、本発明は、機関にプレイグニッションが発生してか
らこれを検出して抑止するのではなく、機関にプレイグ
ニッションが発生することを予測し、この予測に基づい
てプレイグニッションの発生を抑止することにより、プ
レイグニッションの発生を未然に防ぐことができる内燃
機関のプレイグニッション検出装置を提供することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の第１の形態の内燃機関のプレイグニッション検出装
置は、内燃機関の点火プラグが点火する時期以前に燃焼
室内の混合気が着火するプレイグニッションを検出する
装置であって、燃焼室内に発生するイオン電流を検出す
るイオン電流検出手段を備えるものにおいて、或る気筒
の点火プラグが点火した時間から、その気筒の混合気が
正常燃焼した場合におけるイオン電流がピークに達する
時間までの時間を基準時間として記憶する基準時間記憶
手段と、この基準時間内において、イオン電流検出手段
が検出したイオン電流値を設定値と比較するイオン電流
比較手段と、イオン電流検出手段が検出したイオン電流
値が設定値以上であるとイオン電流比較手段が判定した
時に、内燃機関にプレイグニッションが発生したと判定
するプレイグニッション判断手段とを設けたことを特徴
としている。
【０００９】また、前記目的を達成する本発明の第２の
形態の内燃機関のプレイグニッション検出装置は、内燃
機関の点火プラグが点火する時期以前に燃焼室内の混合
気が着火するプレイグニッションを検出する装置であっ
て、燃焼室内に発生するイオン電流を検出するイオン電
流検出手段を備えるものにおいて、或る気筒の点火プラ
グが点火した時間から、その気筒の混合気が正常燃焼し
た場合におけるイオン電流がピークに達する時間までの
時間を基準時間として記憶する基準時間記憶手段と、点
火毎にイオン電流検出手段が検出したイオン電流値を記
憶するイオン電流記憶手段と、このイオン電流記憶手段
に記憶された前回のイオン電流値と今回のイオン電流値
の差分を検出するイオン電流の増分検出手段と、イオン
電流値が所定割合以上で増加した時に、内燃機関にプレ
イグニッションが発生したと判定するプレイグニッショ
ン判断手段とを備えることを特徴としている。
【００１０】更に、前記目的を達成する本発明の第３の
形態の内燃機関のプレイグニッション検出装置は、内燃
機関の燃焼室内の混合気が点火時期前に着火するプレイ
グニッションを検出する装置であって、燃焼室内に発生
するイオン電流を検出するイオン検出手段を備えるもの
において、或る気筒の点火プラグが点火した時間から、
その気筒の混合気が正常燃焼した場合におけるイオン電
流がピークに達する時間までの時間を基準時間として記
憶する基準時間記憶手段と、この基準時間内において、
イオン電流検出手段が検出したイオン電流値のピーク値
を検出するイオン電流のピーク値検出手段と、このピー
ク値検出手段がイオン電流のピーク値を、基準時間より
短い設定時間内に検出した時に、内燃機関にプレイグニ
ッションが発生したと判定するプレイグニッション判断
手段とを設けたことを特徴としている。
【００１１】更にまた、前記目的を達成する本発明の第
４の形態の内燃機関のプレイグニッション検出装置は、
内燃機関の燃焼室内の混合気が点火時期前に着火するプ
レイグニッションを検出する装置であって、燃焼室内に
発生するイオン電流を検出するイオン検出手段を備える
ものにおいて、或る気筒の点火プラグが点火した時間か
ら、その気筒の混合気が正常燃焼した場合におけるイオ
ン電流がピークに達する時間までの時間を基準時間とし
て記憶する基準時間記憶手段と、この基準時間内におい
て、前記イオン電流検出手段が検出したイオン電流値の
ピーク値を検出するイオン電流のピーク値検出手段と、
点火毎に前記イオン電流のピーク値検出手段が検出した
イオン電流値のピーク値の発生時間を記憶するイオン電
流のピーク値発生時期記憶手段と、このイオン電流のピ
ーク値発生時期記憶手段に記憶された前回のイオン電流
のピーク値の発生時期と今回のイオン電流のピーク値発
生時期の時間差を検出するイオン電流のピーク値発生時
間差検出手段と、イオン電流のピーク値の発生時期が所
定割合以上で早く現れる時に、内燃機関にプレイグニッ
ションが発生したと判定するプレイグニッション判断手
段とを備えることを特徴としている。
【００１２】
【作用】本発明の第１の形態のプレイグニッション検出
装置によれば、或る気筒の正常時のイオン電流がピーク
に達する時間までの基準時間内にイオン電流値が設定値
以上となった時に、内燃機関にプレイグニッションが発
生したと判定される。また、本発明の第２の形態のプレ
イグニッション検出装置によれば、或る気筒の正常時の
イオン電流がピークに達する時間までの基準時間内に前
回のイオン電流値と今回のイオン電流値の差分が所定割
合以上で増加した時に、内燃機関にプレイグニッション
が発生したと判定される。更に、本発明の第３の形態の
プレイグニッション検出装置によれば、或る気筒の正常
時のイオン電流がピークに達する基準時間よりも短い設
定時間内にイオン電流のピーク値を検出した時に、内燃
機関にプレイグニッションが発生したと判定される。更
にまた、本発明の第４の形態のプレイグニッション検出
装置によれば、或る気筒の正常時のイオン電流がピーク
に達する基準時間よりも短い設定時間内に発生したイオ
ン電流のピーク値の発生時間を記憶しておき、イオン電
流のピーク値の前回の発生時間に対して、今回のピーク
値の発生時間が所定割合以上に早く現れる時に、内燃機
関にプレイグニッションが発生したと判定される。
【００１３】
【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細
に説明する。図１(a) は本発明の一実施例のプレイグニ
ッション検出装置を備えた内燃機関の要部断面を示して
いる。図において１１はシリンダボディ、１２はシリン
ダボディに設けられたウォータジャケット、１３はピス
トン、１４は吸気弁１５を備えた吸気ポート１６と排気
弁１７を備えた排気ポート１８が設けられたシリンダヘ
ッド、１９は排気マニホルド、２０は点火プラグ２が設
けられた燃焼室である。この実施例では点火プラグ２を
用いて燃焼室２０内に発生するイオン電流を測定するよ
うになっている。
【００１４】図１(b) は図１(a) の点火プラグ２を使用
したイオン電流検出装置の回路構成を示す回路図であ
る。点火プラグ２の点火はコイル７、イグナイタ８、お
よびＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）９を
通じて行なわれるようになっているが、本発明では点火
プラグ２とコイル７の間に逆流防止用のダイオード６が
挿入されている。また、点火プラグ２とダイオード６の
間の回路はダイオード５を通じて電源１と抵抗３の直列
回路に接続されている。そして、この電源１と抵抗３の
接続点には検出端子４が設けられている。
【００１５】燃焼室２０内が燃焼している時に発生する
イオンは、電源１によって中心電極２Ａと接地電極２Ｂ
の間に電位差の与えられているプラグ２によって検出す
る。この電流が抵抗３を流れると抵抗３の両端に電位差
が生じる。この電位差を検出端子４に現れる電圧として
観測することにより、燃焼室２０内に発生したイオン電
流の値が検出できる。
【００１６】図２は図１の検出端子４において検出され
た燃焼室内のイオン電流の波形を点火プラグ２の点火に
よって発生する点火ノイズと共に示すものである。図２
(a)は燃焼が正常時の点火ノイズとイオン電流の波形図
である。また、図２(b) はプレイグニッションが発生す
る直前の点火ノイズとイオン電流の波形図である。更
に、図２(c) はプレイグニッションが発生した後の点火
ノイズとイオン電流の波形図である。
【００１７】点火プラグ２が点火される時刻をＴ０とす
ると、時刻Ｔ０の直後の所定時間は点火ノイズが観測さ
れ、燃焼室２０内が正常に燃焼している状態では時刻Ｔ
１においてイオン電流のピークが観測される。一方、内
燃機関にプレイグニッションが発生した時は、図２(c)
に示すように、点火プラグ２の点火時刻Ｔ０以前にイオ
ン電流が検出される。従来技術ではこの点火プラグ２の
点火時刻Ｔ０以前のイオン電流を検出することによって
内燃機関のプレイグニッションを検出している。しかし
ながら、この図２(c) の状態は既に内燃機関にプレイグ
ニッションが発生してしまっている状態であり、プレイ
グニッションの発生を防止するものではない。
【００１８】ところで、プレイグニッションが発生する
少し前には、点火プラグ２の温度が上昇しているため
に、図２(c) に示すように正常燃焼時に比べてイオン電
流が急速に大きくなり、かつ、イオン電流のピークの発
生が時刻Ｔａに起こり、正常時のピーク発生時刻Ｔ１に
比べて時間的に早くなる。この状態から更に時間が過ぎ
た点火時期においては、イオン電流は破線で示すように
更に大きくなり、ピークの発生も早くなる。そして、プ
レイグニッションの発生中は図２(c) に示すようにイオ
ン電流が点火時刻Ｔ０以前に現れるようになる。なお、
図２(c) においてイオン電流は実際には破線のように発
生しているが、この破線部分のイオン電流は点火ノイズ
によって観測されない。
【００１９】本発明では、この図２(b) に示したプレイ
グニッション直前のイオン電流を検出することにより、
その後のプレイグニッションの発生を予測し、これを防
止するようにしている。そして、本発明ではプレイグニ
ッションの予測を以下のようにして行なう。 (1) 点火時刻Ｔ０から所定時間後の時刻Ｔａ（＜Ｔ１）
におけるイオン電流の大きさＩ（Ｔａ）を検出し、この
イオン電流の大きさＩ（Ｔａ）が判定値Ｉpreを越えた
場合に内燃機関にプレイグニッションが発生すると予測
する。時刻Ｔａを図３(a) に、判定値Ｉpre を図３(b)
に示す。なお、イオン電流の大きさＩ（Ｔａ）はイオン
電流にばらつきがある場合には過去数サイクルを平均す
る等の方法をとれば良い。また、時刻Ｔａについては機
関回転数、負荷に応じたマップによって求めることがで
きる。
【００２０】(2) 点火時刻Ｔ０から所定時間後の時刻Ｔ
ｂ〜時刻Ｔｃの間のイオン電流を積分し、その積分値が
判定値を越えた場合に内燃機関にプレイグニッションが
発生すると予測する。なお、時刻Ｔｂと時刻Ｔｃは図３
(a) に示すように点火プラグの放電終了時刻Ｔｎから、
燃焼室の正常燃焼時におけるイオン電流のピーク発生時
刻Ｔ１までとする。
【００２１】(3) 点火時刻Ｔ０から所定時間後の時刻Ｔ
ａ（＜Ｔ１）におけるイオン電流の大きさを検出し、こ
のイオン電流の前回と今回の大きさの変化ｄＩ（Ｔａ）
／dtの大きさが判定値ΔIpreを越えた場合に内燃機関に
プレイグニッションが発生すると予測する。この状態を
図３(b) に示す。 (4) イオン電流のピーク値Ｉpeakを検出し、このピーク
値Ｉpeakが判定値Imaxを越えた場合に内燃機関にプレイ
グニッションが発生すると予測する。図４(a)には点火
プラグの放電終了時刻Ｔｎの後の時刻Ｔｐにおいてイオ
ン電流のピーク値Ｉpeakが検出され、この検出値が判定
値Imaxを越えた状態を示す。
【００２２】(5) イオン電流のピーク値Ｉpeakとその発
生時刻Ｔｐを検出し、このピーク値の発生時刻Ｔｐの急
速に点火時刻Ｔ０に近づいている場合（時刻Ｔｐにおけ
る時刻Ｔｐの微分値が大きい場合）に内燃機関にプレイ
グニッションが発生すると予測する。この状態を図４
(b) に示す。なお、本発明においてイオン電流の検出区
間は点火プラグの放電終了時刻Ｔｎから、燃焼室の正常
燃焼時におけるイオン電流のピーク発生時刻Ｔ１までと
したのは、燃焼室２０内のイオン電流を検出するために
点火プラグ２を使用するためである。
【００２３】次に、前述の(1) または(3) に記載のプレ
イグニッションの予測を図１(b) に示すＥＣＵ９が行な
う場合の手順を図５のフローチャートを用いて説明す
る。まず、ステップ５０１では実行フラグＥＦが１か否
かを検出する。ＥＦ＝０ならステップ５０２に進み、機
関回転数や負荷等の機関の運転状態パラメータを読み込
み、続くステップ５０３において読み込んだ機関回転数
と負荷により、機関の運転状態に応じたイオン電流測定
時刻Ｔａを演算し、検出実行フラグＥＦを１にする。こ
の実行フラグＥＦはステップ５０２，５０３の機関の運
転状態パラメータの読み込みと、イオン電流測定時刻Ｔ
ａの演算を点火時期毎に１回だけ行なうためのものであ
る。従って、一度ステップ５０２，５０３を実行する
と、以後は次回の点火時期までステップ５０２，５０３
は実行しない。
【００２４】続くステップ５０４では点火時期か否かを
判定し、点火時期の時はステップ５０５において時刻計
数カウンタの時刻Ｔを０にし、点火時期でない時はステ
ップ５０６においてカウンタによって時間を計数する。
そして、ステップ５０７においては時刻Ｔがイオン電流
の観測時刻Ｔａか否かを判定する。イオン電流の観測時
刻でない時はこのルーチンを終了し、イオン電流の観測
時刻Ｔａである時はステップ５０８に進んでイオン電流
の値Ｉ（Ｔａ）を検出し、前述の実行フラグＥＦの値を
０にする。
【００２５】このようにしてイオン電流の値Ｉ（Ｔａ）
を検出した後は、ステップ５０９においてイオン電流の
値Ｉ（Ｔａ）がプレイグニッションの判定電流値Ｉpre
以上か否かを判定する。そして、Ｉ（Ｔａ）≧Ｉpre の
時はプレイグニッションが発生すると予測してステップ
５１２に進み、プレイグニッションフラグＰＩＦを１に
してこのルーチンを終了する。
【００２６】一方、ステップ５０９でＩ（Ｔａ）＜Ｉpr
e の時はステップ５１０に進み、時刻Ｔａにおけるイオ
ン電流Ｉ（Ｔａ）の前回と今回の大きさの変化ｄＩ（Ｔ
ａ）／dtの大きさが判定値ΔIpreを越えたか否かを判定
する。ｄＩ（Ｔａ）／dt≧ΔIpreの場合はプレイグニッ
ションが発生すると予測してステップ５１２に進み、プ
レイグニッションフラグＰＩＦを１にしてこのルーチン
を終了する。
【００２７】ステップ５１０でｄＩ（Ｔａ）／dt＜ΔIp
reの場合はステップ５１１に進み、後述するプレイグニ
ッション回避制御を実施中か否かをプレイグニッション
フラグＰＩＦが１か否かで判定する。プレイグニッショ
ンフラグＰＩＦはステップ５１２で１となった後、後述
するが、燃焼室の燃焼が正常状態になるまでは０になら
ないので、ステップ５１１でＰＩＦ＝１の場合はプレイ
グニッション回避制御を実行中の場合である。従って、
この場合はステップ５１３に進み、通常の制御に戻りつ
つあることを示すリカバリフラグＲＦを１にしてこのル
ーチンを終了する。なお、ステップ５１１でＰＩＦ＝０
の場合は燃焼室が正常であるのでそのままこのルーチン
を終了する。
【００２８】以上説明した実施例では、プレイグニッシ
ョンの発生を、ステップ５０９においてＩ（Ｔａ）≧Ｉ
pre の時、或いはステップ５１０でｄＩ（Ｔａ）／dt≧
ΔIpreとなった時の両方で予測しているが、ステップ５
０９だけ、或いはステップ５１０だけでプレイグニッシ
ョンの発生を予測するように簡略化しても良い。このよ
うにして、燃焼室にプレイグニッションが発生すると予
測した後は、このプレイグニッションの回避制御を実施
する。このプレイグニッションの回避制御の一例を図６
を用いて説明する。
【００２９】図６は図１のＥＣＵが実行するプレイグニ
ッション回避制御ルーチンの一実施例を示すフローチャ
ートである。まず、ステップ６０１ではリカバリフラグ
ＲＦが１か否かを判定する。ＲＦ≠１の場合はステップ
６０２に進み、機関の運転状態パラメータを読み込んだ
後、ステップ６０３において機関回転数に応じたマップ
（図示せず）から燃料噴射量の増量分ΔＦを演算した後
にこのルーチンを終了する。この燃料噴射量の増量分Δ
Ｆは後述するＴＡＵの演算ルーチンで使用される。
【００３０】一方、ステップ６０１でＲＦ＝１の場合は
ステップ６０４に進む。ステップ６０４に進む場合はプ
レイグニッションは発生していないが、以前にプレイグ
ニッションが発生しており、現在は徐々に正常状態の制
御に戻しつつあることを示している。従って、ステップ
６０４ではステップ６０３で演算した燃料噴射量の増量
分ΔＦを所定値αずつ減らし、空燃比を徐々に正規の空
燃比に戻す。ステップ６０５は空燃比が正規の状態に戻
ったか否か、即ち、燃料噴射量の増量分ΔＦが空燃比に
影響を与えない０になったか否かを判定するものであ
る。従って、ΔＦ＞０の場合はそのままこのルーチンを
終了し、ΔＦ≦０の場合は燃料噴射量の増量分ΔＦがな
くなり、空燃比が正規の状態に戻ったことを示すので、
ステップ６０６でΔＦを０でガードすると共に、通常の
制御に戻りつつあることを示すリカバリフラグＲＦを０
にしてこのルーチンを終了する。
【００３１】図７は図６のルーチンで求めたプレイグニ
ッション増量を使用したＴＡＵの演算ルーチンを示すフ
ローチャートである。ステップ７０１では基本噴射量Ｔ
Ｐと暖機補正量ＦＷを演算し、ステップ７０２ではその
他の空燃比補正量ＦＡＦを演算する。そして、ステップ
７０３では燃料噴射量ＴＡＵを基本噴射量ＴＰを暖機補
正量ＦＷとその他の空燃比補正量ＦＡＦ、およびステッ
プ６０３で求めたプレイグニッション回避用の燃料噴射
量の増量分ΔＦによって補正する。プレイグニッション
の発生していない状態ではこの燃料噴射量の増量分ΔＦ
は０である。
【００３２】図８は図１のＥＣＵにおけるプレイグニッ
ション回避制御ルーチンの別の実施例を示すフローチャ
ートである。プレイグニッションを予測した後の回避方
法としては、前述のように燃料噴射量を増量する他に、
点火時期を遅角し、燃焼室内やプラグ温度を下げること
で、プレイグニッションを回避することができる。この
点火時期の遅角量は排気温が問題とならない点火時期ま
で急速に、かつ可能な限り急速なトルク変動がないよう
な遅角量とする。
【００３３】まず、ステップ８０１ではリカバリフラグ
ＲＦが１か否かを判定する。ＲＦ≠１の場合はステップ
８０２に進み、機関の運転状態パラメータを読み込んだ
後、ステップ８０３において機関回転数に応じたマップ
（図示せず）から遅角量θ（＞０）を演算した後にこの
ルーチンを終了する。一方、ステップ８０１でＲＦ＝１
の場合はステップ８０４に進む。ステップ８０４に進む
場合は以前にプレイグニッションが発生しており、現在
は点火時期が徐々に正常状態の制御に戻しつつあること
を示している。従って、ステップ８０４ではステップ８
０３で演算した遅角量θ所定値βずつ減らす。ステップ
８０５は遅角量θが０に戻ったか否かを判定するもので
ある。従って、θ＞０の場合はそのままこのルーチンを
終了し、θ≦０の場合は遅角量θがなくなり、点火時期
が正規の状態に戻ったことを示すので、ステップ８０６
でθを０でガードすると共に、通常の制御に戻りつつあ
ることを示すリカバリフラグＲＦを０にしてこのルーチ
ンを終了する。
【００３４】なお、従来のように、イオン電流が点火の
前に発生するような既にプレイグニッションが発生して
いる場合（図２(c) 参照）では、点火時期を遅角しても
確実な効果は得られない。図９は環境条件、機関の運転
条件の変化によるプレイグニッション領域の変化を、空
燃比を横軸にし、点火時期を縦軸にして示す特性図であ
る。水温、燃焼室温度、デポジット体積等の変化でプレ
イグニッションが発生し易くなると、図９にハッチング
を付して示すプレイグニッション領域は図の下側に下が
ってくる。例えば、プレイグニッション領域が図９の太
線の位置から細線の位置まで下がってくると、現在の点
火時期をＸ点とした場合には、この点火時期ではプレイ
グニッションが発生してしまう。そこで、図６で説明し
たように燃料噴射量を増量して空燃比をリッチ側のＹ点
に持って行けば、プレイグニッション領域が図９の太線
の位置から細線の位置まで下がったとしても、プレイグ
ニッション領域に対して符号Ｚで示す余裕が生まれる。
また、図８で説明したように、点火時期を遅角してやっ
ても、点火時期はプレイグニッション領域に入らず、プ
レイグニッションを回避することができる。
【００３５】なお、プレイグニッションを回避する方法
としては、以上説明した２つの方法の他に、燃料の噴射
を吸気弁１５が開き出した直後の吸気同期噴射とし、図
１０に点線Ｐで示すように、インジェクタ２１から噴射
される燃料を吸気弁１５に当て、直接はね返った燃料が
点火プラグ２に当たるようにする方法がある。このよう
にすると、点火プラグ２が燃料で冷却され、点火プラグ
２から発生するプレイグニッションを回避することがで
きる。また、図９に点線Ｑで示すように、燃料液滴を燃
焼室２０に直接当てることによって燃焼室２０内を冷却
するようにしても、プレイグニッションを防止すること
ができる。
【００３６】以上説明したように、本発明によれば、プ
レイグニッションの予測と回避方法を組み合わせること
により、内燃機関のプレイグニッションを未然に防ぐこ
とができる。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
機関にプレイグニッションが発生してからこれを検出し
て抑止するのではなく、機関にプレイグニッションが発
生することを予測し、この予測に基づいてプレイグニッ
ションの発生を抑止することにより、高圧縮比を備えた
内燃機関や、全運転領域に渡って理論空燃比化を行った
内燃機関においても、プレイグニッションの発生を未然
に防ぐことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】(a) は本発明の一実施例のプレイグニッション
検出装置を備えた内燃機関の要部断面図、(b) は(a) の
点火プラグを使用したイオン電流検出装置の回路構成を
示す回路図である。
【図２】図１の点火プラグによって検出された燃焼室内
のイオン電流の波形を示すものであり、(a) は燃焼が正
常時の点火ノイズとイオン電流の波形図、(b) はプレイ
グニッションが発生する直前の点火ノイズとイオン電流
の波形図、(c) はプレイグニッションが発生した後の点
火ノイズとイオン電流の波形図である。
【図３】本発明のプレイグニッション検出方法を説明す
るものであり、(a) はプレイグニッションが発生する直
前のイオン電流の検出時期を説明する図、(b) は正常燃
焼時とプレイグニッション発生直前の時間に対するイオ
ン電流強度の変化を示す特性図である。
【図４】本発明のプレイグニッション検出方法を説明す
るものであり、(a) はプレイグニッションが発生する直
前のイオン電流のピーク値の検出時期を説明する図、
(b) は正常燃焼時とプレイグニッション発生直前の時間
に対するピーク値観測時間の変化を示す特性図である。
【図５】図１のＥＣＵにおけるプレイグニッション検出
ルーチンの一実施例を示すフローチャートである。
【図６】図１のＥＣＵにおけるプレイグニッション回避
制御ルーチンの一実施例を示すフローチャートである。
【図７】図６のルーチンで求めたプレイグニッション増
量を使用したＴＡＵの演算ルーチンを示すフローチャー
トである。
【図８】図１のＥＣＵにおけるプレイグニッション回避
制御ルーチンの別の実施例を示すフローチャートであ
る。
【図９】環境条件、機関の運転条件の変化によるプレイ
グニッション領域の変化を、空燃比を横軸にし、点火時
期を縦軸にして示す特性図である。
【図１０】本発明のプレイグニッション回避制御をハー
ドウエアで行なう場合の燃焼室近傍の構成を示す説明図
である。
【図１１】従来の内燃機関におけるリッチ混合気を使用
した場合の点火時期とプラグ温度の関係を示す特性図、
運転領域の全域で理論空燃比で運転するようにした場合
に点火時期とプラグ温度の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１…電源 ２…点火プラグ ３…抵抗 ４…検出端子 ５…ダイオード ６…ダイオード ７…コイル ８…アダプタ ９…ＥＣＵ １０…内燃機関 １４…シリンダヘッド ２０…燃焼室

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関の点火プラグが点火する時期以
    前に燃焼室内の混合気が着火するプレイグニッションを
    検出する装置であって、燃焼室内に発生するイオン電流
    を検出するイオン電流検出手段を備えるものにおいて、 或る気筒の点火プラグが点火した時間から、その気筒の
    混合気が正常燃焼した場合におけるイオン電流がピーク
    に達する時間までの時間を基準時間として記憶する基準
    時間記憶手段と、 この基準時間内において、前記イオン電流検出手段が検
    出したイオン電流値を設定値と比較するイオン電流比較
    手段と、 前記イオン電流検出手段が検出したイオン電流値が設定
    値以上であると前記イオン電流比較手段が判定した時
    に、内燃機関にプレイグニッションが発生したと判定す
    るプレイグニッション判断手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関のプレイグニッショ
    ン検出装置。
  2. 【請求項２】 内燃機関の点火プラグが点火する時期以
    前に燃焼室内の混合気が着火するプレイグニッションを
    検出する装置であって、燃焼室内に発生するイオン電流
    を検出するイオン電流検出手段を備えるものにおいて、 或る気筒の点火プラグが点火した時間から、その気筒の
    混合気が正常燃焼した場合におけるイオン電流がピーク
    に達する時間までの時間を基準時間として記憶する基準
    時間記憶手段と、 点火毎に前記イオン電流検出手段が検出したイオン電流
    値を記憶するイオン電流記憶手段と、 このイオン電流記憶手段に記憶された前回のイオン電流
    値と今回のイオン電流値の差分を検出するイオン電流の
    増分検出手段と、 イオン電流値が所定割合以上で増加した時に、内燃機関
    にプレイグニッションが発生したと判定するプレイグニ
    ッション判断手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関のプレイグニッショ
    ン検出装置。
  3. 【請求項３】 内燃機関の燃焼室内の混合気が点火時期
    前に着火するプレイグニッションを検出する装置であっ
    て、燃焼室内に発生するイオン電流を検出するイオン検
    出手段を備えるものにおいて、 或る気筒の点火プラグが点火した時間から、その気筒の
    混合気が正常燃焼した場合におけるイオン電流がピーク
    に達する時間までの時間を基準時間として記憶する基準
    時間記憶手段と、 この基準時間内において、前記イオン電流検出手段が検
    出したイオン電流値のピーク値を検出するイオン電流の
    ピーク値検出手段と、 このピーク値検出手段がイオン電流のピーク値を、前記
    基準時間より短い設定時間内に検出した時に、内燃機関
    にプレイグニッションが発生したと判定するプレイグニ
    ッション判断手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関のプレイグニッショ
    ン検出装置。
  4. 【請求項４】 内燃機関の燃焼室内の混合気が点火時期
    前に着火するプレイグニッションを検出する装置であっ
    て、燃焼室内に発生するイオン電流を検出するイオン検
    出手段を備えるものにおいて、 或る気筒の点火プラグが点火した時間から、その気筒の
    混合気が正常燃焼した場合におけるイオン電流がピーク
    に達する時間までの時間を基準時間として記憶する基準
    時間記憶手段と、 この基準時間内において、前記イオン電流検出手段が検
    出したイオン電流値のピーク値を検出するイオン電流の
    ピーク値検出手段と、 点火毎に前記イオン電流のピーク値検出手段が検出した
    イオン電流値のピーク値の発生時間を記憶するイオン電
    流のピーク値発生時期記憶手段と、 このイオン電流のピーク値発生時期記憶手段に記憶され
    た前回のイオン電流のピーク値の発生時期と今回のイオ
    ン電流のピーク値発生時期の時間差を検出するイオン電
    流のピーク値発生時間差検出手段と、 イオン電流のピーク値の発生時期が所定割合以上で早く
    現れる時に、内燃機関にプレイグニッションが発生した
    と判定するプレイグニッション判断手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関のプレイグニッショ
    ン検出装置。
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